מקורות הזרם הם כימיים. סוגי מקורות כימיים של זרם ומכשירם

מקורות כימיים נוכחיים (קצרים עבור HIT) - מכשירים שבהם האנרגיה של התגובה הפחתת חמצון מומרת לחשמל. שמות אחרים הם תא אלקטרוכימי , תא גלווני , תא אלקטרוכימי. העיקרון של הפעולה שלהם הוא כדלקמן: כתוצאה אינטראקציה של שני ריאגנטים, תגובה כימית מתרחשת עם שחרורו של האנרגיה של זרם חשמלי קבוע. במקורות אחרים של זרם, תהליך ייצור החשמל מתבצע על פי תוכנית רב-תחומית. ראשית, אנרגיה חום משתחררת, ואז זה הופך להיות מכני אחד ורק אז לתוך אחד חשמלי. היתרון של HIT הוא תהליך חד פעמי, כלומר, החשמל מתקבל מיד, עוקף את השלבים של קבלת אנרגיות תרמיות מכניות.

היסטוריה

כיצד הופיעו מקורות הזרם הראשונים? מקורות כימיים קיבל את שמו של אלמנטים גלווניים לכבוד המדען האיטלקי של המאה השמונה עשרה - לואיג'י Galvani. הוא היה רופא, אנטומיסט, פיזיולוג ופיסיקאי. אחד מהכיוונים של מחקרו היה לימוד תגובות בבעלי חיים להשפעות חיצוניות שונות. השיטה הכימית להשגת חשמל התגלתה על ידי גלווני בטעות, במהלך אחד הניסויים על צפרדעים. הוא קשר שתי לוחות מתכת לעצב החשוף על רגל הצפרדע. במקביל, התרחש התכווצות שרירים. ההסבר שלו לתופעה זו גלווני היה שגוי. אבל תוצאות הניסויים שלו ותצפיות עזר ארצו אלסנדרו וולטה במחקריו הבאים.

וולטה הציג בעבודותיו את התיאוריה של הופעתה של זרם חשמלי כתוצאה מתגובה כימית בין שתי מתכות על מגע עם רקמת השריר של צפרדע. המקור הכימי הראשון של הזרם נראה כמו מיכל עם מלח, עם אבץ ונחושת מצופה בו.

בקנה מידה תעשייתי, HIT התחיל להיות מיוצר במחצית השנייה של המאה ה -19, הודות לצרפתי Leclanche, אשר המציא את היסוד העיקרי אבץ מנגן עם אלקטרוליט מלח, על שמו. כמה שנים מאוחר יותר זה תא אלקטרוכימי השתפר על ידי מדען אחר והיה המקור הכימי העיקרי רק הנוכחי עד 1940.

התקן ואת עקרון הפעולה של HIT

התקן של מקורות כימיים של הנוכחי כולל שתי אלקטרודות (מוליכים מהסוג הראשון) ואת אלקטרוליט הממוקם ביניהם (מנצח מהסוג השני, או יונית מנצח). בגבול ביניהם קיים פוטנציאל אלקטרוני. האלקטרודה שבה הסוכן הפחתת חמצון נקרא האנודה, ואת אחד שבו חמצון מופחת הוא קתודה. יחד עם אלקטרוליט הם מהווים מערכת אלקטרוכימית.

תופעת לוואי של התגובה הפחתת חמצון בין האלקטרודות הוא המופע של זרם חשמלי. במהלך תגובה זו, סוכן הפחתת oxidizes ונותן את האלקטרונים כדי oxidant, אשר לוקח אותם ובכך מתאושש. הנוכחות בין הקתודה לבין האנודה של אלקטרוליט היא תנאי הכרחי לתגובה. אם אתה פשוט לערבב אבקות משני מתכות שונות, חשמל לא ישוחרר, כל האנרגיה ישוחרר כחום. Electrolyte נדרש כדי להזמין את תהליך העברת אלקטרונים. לרוב באיכותו הוא פתרון מלוחים או להמיס.

האלקטרודות נראות כמו לוחות מתכת או סורגים. כאשר הם לטבול אלקטרוליט, יש הבדל בפוטנציאל החשמלי ביניהם - המתח של המעגל הפתוח. לאנודה יש נטייה לרסן אלקטרונים, ואת הקתודה - לקבלתם. על פני השטח שלהם, תגובות כימיות להתחיל. הם עוצרים כאשר המעגל נפתח, וכאשר אחד ריאגנטים הוא נצרך. המעגל נפתח כאשר אחת האלקטרודות או אלקטרוליט מוסר.

הרכב מערכות אלקטרוכימיות

מקורות של זרם כימי כמו חמצון להשתמש חומצות המכילות חמצן מלחים, חמצן, הלידים, תחמוצות מתכת גבוהות יותר, תרכובות nitroorganic, וכו 'הרסטוררים הם מתכות תחמוצות נמוכות שלהם, מימן ותרכובות פחמימנים. כיצד משמשים אלקטרוליטים:

1. תמיסות מימיות של חומצות, אלקליות, מלח וכו '.
2. תמיסות לא מימיות בעלות מוליכות יונית, המתקבלות על ידי ממיסות מלחים בממיסים אורגניים או אי-אורגניים.
3. מלחים של מלחים.
4. תרכובות מוצקות עם סריג יוני שבו אחד היונים הוא נייד.
5. מטריקס אלקטרוליטים. אלה הם פתרונות נוזליים או נמס כי הם בתוך הנקבוביות של גוף מוצק שאינו מוליך, נושאת חשמל.
6. אני חילוף אלקטרוליטים. אלו הם תרכובות מוצקות עם קבוצות יונוגניות קבועות מאותו סימן. יונים של סימן אחר הם ניידים באותו זמן. תכונה זו הופכת את המוליכות של אלקטרוליט כזה אלקטרוליט.

סוללות גלווניות

מקורות של זרם כימי מורכבים של תאים גלווניים - תאים. המתח באחד תאים אלה הוא קטן - מ 0.5 עד 4V. בהתאם לצורך, ה- HIT משתמש בסוללה גלוונית המורכבת ממספר רכיבים מחוברים. לעתים נעשה שימוש מקבילי או מקביל טורי מקביל של כמה אלמנטים. במעגל רציף, רק אותם תאים ראשוניים או מצברים כלולים תמיד. הם צריכים להיות אותם פרמטרים: מערכת אלקטרוכימית, עיצוב, גרסה טכנולוגית וגודל. עבור חיבור מקביל, השימוש באלמנטים בגדלים שונים מקובל.

סיווג HIT

מקורות כימיים של הזרם שונים ב:

• גודל;
• בנייה;
• ריאגנטים;
• טבע תגובת האנרגיה.

פרמטרים אלה קובעים את המאפיינים התפעוליים של ה- HIT, המתאימים ליישום מסוים.

הסיווג של תאים אלקטרוכימיים מבוסס על ההבדל בעקרון הפעולה של המכשיר. בהתאם למאפיינים אלה, הבחין בין היתר:

1. מקורות כימיים עיקריים של הזרם הם אלמנטים של פעולה אחת. בהם יש מלאי מסוים של ריאגנטים, אשר נצרך במהלך התגובה. לאחר פריקה מלאה, תא זה מאבד את יכולת ההפעלה שלו. בדרך אחרת, HITs ראשוניים נקראים תאים גלווניים. יהיה זה נכון לקרוא להם בפשטות - אלמנט. הדוגמאות הפשוטות ביותר של מקור כוח ראשוני הן "סוללה" AA.
2. מקורות כימיים נטענים של זרם - מצברים (המכונה גם HITs משניים, הפיכים) הם אלמנטים לשימוש חוזר. על ידי העברת זרם מעגל חיצוני בכיוון ההפוך דרך הסוללה לאחר פריקה מלאה, ריאגנטים הנצרכים מחדש, מחדש צובר אנרגיה כימית (טעינה). בשל אפשרות הטעינה ממקור חיצוני קבוע קבוע, התקן זה משמש במשך זמן רב, עם הפרעות לטעינה מחדש. תהליך ייצור החשמל נקרא פריקה של סוללות. כדי HIT כזה ניתן לשאת אלמנטים כוח של מכשירים אלקטרוניים רבים (מחשבים ניידים, טלפונים ניידים, וכו ').
3. מקורות כימיים של זרם תרמי הם מכשירים של פעולה מתמשכת. במהלך עבודתם, חלקים חדשים של ריאגנטים הם סיפקו ברציפות ואת המוצרים של התגובה מוסרים.
4. בתאי הגלווני המשולב (למחצה דלק) יש עתודה של אחד ריאגנטים. השני מוזן לתוך המכשיר מבחוץ. חייו של המכשיר תלוי בשמורה של מגיב הראשון. מקורות כימיים משולבים של זרם חשמלי משמשים כצברים אם ניתן לשחזר את המטען על ידי הזרמת זרם ממקור חיצוני.
5. HIT מתחדשים נטענים מכנית או כימית. עבורם, ניתן להחליף את ריאגנטים הנצרכים עם מנות חדשות לאחר פריקה מלאה. כלומר, הם לא התקנים מתמשכים, אבל, כמו מצברים, מעת לעת הטעינה.

מאפייני HIT

המאפיינים העיקריים של מקורות כימיים של הזרם הם:

1. מתח מעגל פתוח (מתח NDC או פריקה). אינדיקטור זה, קודם כל, תלוי במערכת אלקטרוכימית שנבחרה (שילוב של סוכן הפחתת, חמצון אלקטרוליט). כמו כן, ריכוז אלקטרוליט, מידת הפרשות, טמפרטורה והשפעה אחרים NRC. NDC תלוי בערך הנוכחי זורם דרך HIT.
2. כוח.
3. זרם הפריקה תלוי בהתנגדות של המעגל החיצוני.
4. קיבולת - כמות החשמל המקסימלית ש- HIT מעניקה כאשר היא משוחררת לחלוטין.
5. אחסון אנרגיה הוא האנרגיה המקסימלית המתקבלת כאשר המכשיר משוחרר לחלוטין.
6. מאפייני אנרגיה. עבור סוללות, זהו, קודם כל, מספר מובטחת של מחזורי פריקה תשלום מבלי להקטין את קיבול או מתח טעינה (משאב).
7. טווח הטמפרטורה של יעילות.
8. חיי המדף הם הזמן המרבי המותר בין הייצור לבין הספרה הראשונה של המכשיר.
9. חיי השירות הם חיי המדף המרבית המותרים ועבודה. עבור תאי דלק, חיי השירות חשוב עם פעולה רציפה לסירוגין.
10. סך האנרגיה הניתנת לכל החיים.
11. חוזק מכני ביחס לרטט, להלם וכו '.
12. היכולת לעבוד בכל מקום.
13. אמינות.
14. קל לתחזוקה.

דרישות עבור HIT

העיצוב של תאים אלקטרוכימיים חייב לספק את התנאים התורמים כמובן היעיל ביותר של התגובה. תנאים אלה כוללים:

• מניעת זרם דליפה;
• עבודה אחידה;
• חוזק מכני (כולל הידוק);
• הפרדת ריאגנטים;
• קשר טוב בין האלקטרודות ואלקטרוליט;
• הנוכחי מוסר מאזור התגובה למסוף החיצוני עם הפסדים מינימליים.

מקורות כימיים הנוכחי צריך לענות על הדרישות הכלליות הבאות:

• הערכים הגבוהים ביותר של פרמטרים ספציפיים;
• טווח טמפרטורות מקסימלי של operability;
• הלחץ הגדול ביותר;
• העלות המינימלית של יחידת אנרגיה;
• יציבות המתח;
• בטיחות של תשלום;
• אבטחה;
• פשטות של שירות, וכן, באופן אידיאלי, אין צורך בו;
• חיי שירות ארוכים.

מבצע HIT

היתרון העיקרי של תאים גלווניים העיקרי הוא כי אין צורך תחזוקה כלשהי. לפני שתתחיל להשתמש בהם, אתה רק צריך לבדוק את המראה, תאריך התפוגה. בעת החיבור, חשוב לשמור על הקוטביות ולבדוק את שלמות המגע של המכשיר. מקורות כימיים מורכבים יותר של הנוכחי - סוללות, דורשים טיפול רציני יותר. מטרת השירות שלהם היא למקסם את חיי השירות. טיפול הסוללה הוא:

• שמירה על ניקיון;
• ניטור מתח מעגל פתוח;
• תחזוקת מפלס אלקטרוליט (רק מים מזוקקים יכולים לשמש למילוי);
• שליטה על ריכוז אלקטרוליטים (באמצעות הידרומטר - מכשיר פשוט למדידת צפיפות הנוזלים).

בעת הפעלת תאים גלווניים, יש צורך לעמוד בכל הדרישות הנוגעות לשימוש בטוח של מכשירים חשמליים.

HIT סיווג לפי מערכות אלקטרוכימיות

סוגי מקורות כימיים של זרם, בהתאם למערכת:

• עופרת (חומצה);
• ניקל-קדמיום, ניקל-ברזל, ניקל-אבץ;
• מנגן - אבץ, נחושת, אבץ, כספית - אבץ, כלור - אבץ;
• כסף, אבץ, כסף קדמיום;
• מתכת;
• ניקל-מימן וכסף-מימן;
• מנגן-מגנזיום;
• ליתיום, וכו '

יישום מודרני של HIT

מקורות הנוכחי, כימיים הוחל כעת ב:

• כלי רכב;
• מכשירים ניידים;
• טכנולוגיה צבאית וחלל;
• ציוד מדעי;
• רפואה (קוצבי לב).

דוגמאות מוכרות של HIT בחיי היומיום:

• סוללות (סוללות יבשות);
• סוללות של מכשירי חשמל ביתיים ואלקטרוניים;
• ספקי כוח פסק;
• סוללות לרכב.

מקורות כימיים ליתיום של הזרם היו בשימוש נרחב במיוחד. זאת בשל העובדה שליתיום (Li) יש את האנרגיה הספציפית ביותר. העובדה היא כי יש את הפוטנציאל האלקטרודה השלילית ביותר בין כל שאר המתכות. סוללות ליתיום יון (LIA) להכות את כל HIT אחרים במונחים של אנרגיה ספציפית ומתח ההפעלה. עכשיו הם בהדרגה מאסטרינג שדה חדש - תחבורה הרכב. בעתיד, הפיתוח של מדענים הקשורים לשיפור סוללות ליתיום יעבור לכיוון מבנים דק במיוחד וסוללות supercharged קיבולת גדולה.